无源RLC网络与阻抗变换

串并联阻抗等效互换
R：电感引入的寄生
• 在谐振频率周围进行等效
串并联阻抗等效互换（续）
串联电路的有效品质因子：
谐振频率下，串联电路转换为等效并联电路后，电抗 XP的性质与XS相同，在QS较高的情况下，其电抗X基本 保持不变，而并联电路的电阻RP比串联电路的电阻RS 增大了QS2倍
串并联阻抗等效互换（续）
阻抗匹配的重要性
• 最大功率传输 • 前置滤波器要求50欧姆的负载终端
3dB
40dB
Matched Termination
Unmatched Termination
• PCB连线需要：传输线走线，匹配终端情况下 不用考虑走线长度
功率匹配
ZS
VS
VL
ZL
1 V PL Re VL 2 Z
串并联阻抗等效互换（续）
提要
• 并联RLC网络 • 串并联阻抗等效互换 • 回路抽头时的阻抗变换 • 阻抗匹配（L匹配、Pi匹配和T匹配）
回路抽头时的阻抗变换
• 输入阻抗：
• 谐振频率：
提要
• 并联RLC网络 • 串并联阻抗等效互换 • 回路抽头时的阻抗变换 • 阻抗匹配（L匹配、Pi匹配和T匹配）
清华大学微电子学研究所
April 0ห้องสมุดไป่ตู้, 2014
无源RLC网络和阻抗匹配
池保勇 清华大学微电子学研究所设计室
参考书：池保勇等编，《CMOS射频集成电路分析与 设计》， §3
提要
• 并联RLC网络 • 串并联阻抗等效互换 • 回路抽头时的阻抗变换 • 阻抗匹配（L匹配、Pi匹配和T匹配）
并联RLC网络的阻抗特性
1 | | VSWR 1 | |
• 带宽与元件值灵敏度：中间各节点的阻抗在 SMITH原图上不能太接近单位圆（要求低Q值） • 考虑直流偏置：不能因阻抗匹配网络影响直流 特性； • 实现代价：尽量少用电感；
– L:1nH~10nH, C: 0.3pF~5pF
总结
• 并联RLC网络 • 串并联阻抗等效互换 • 回路抽头时的阻抗变换 • 阻抗匹配（L匹配、Pi匹配和T匹配）
PL max ( Z L ) Z L Z
* S
L匹配
降阻型
升阻型
例子
Pi匹配
中间节点的品质因子为可选量
例子
T匹配
中间节点的品质因子为可选量
例子
阻抗匹配设计考虑
• 匹配性能：匹配度的要求与应用相关，通常在 整个工作频带内VSWR位于2:1~1.5:1认为是可以 接受的，这时反射系数约为-15dB~-10dB
* L * L
1 VS ZL 2 Re Z * Z Z L S L
2
2

PL PL 2 2 2 2 0 RS RL (XS 2X S X L X L ) 0, X L ( X S X L ) 0 RL X L
• 最大功率传输条件：负载阻抗与源阻抗共轭
感性 容性
品质因子
• 回路谐振：
• 回路谐振时，流过电感和电容的电流大小 相等、方向相反，流过电阻的电流为外加 激励电流 • 品质因子：电感/电容上的电流放大倍数 • 本质定义：
R QP = =ω0 CR ω0 L
品质因子（续）
• 回路阻抗：
• 当
• 3dB带宽：
提要
• 并联RLC网络 • 串并联阻抗等效互换 • 回路抽头时的阻抗变换 • 阻抗匹配（L匹配、Pi匹配和T匹配）